少片變截面鋼板彈簧在重型載貨車上的應用分析

馬生平，楊銀輝，劉麗麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

少片變截面鋼板彈簧在重型載貨車上的應用分析

馬生平，楊銀輝，劉麗麗

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

針對國內少片變截面鋼板彈簧的應用情況，結合國外少片簧在國產化過程中的開發(fā)經驗和制造工藝現狀，提出國內少片簧在設計指標選用、材料選取、應力控制、脫碳層深度、強化處理、熱處理、表面質量及售后備件等方面的設計依據，為進一步研究少片變截面鋼板彈簧的設計和應用提供了理論基礎和參考。

少片變截面板簧；國產化；設計指標；工藝過程

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.009

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-23-03

引言

少片變截面鋼板彈簧（以下簡稱少片簧）在國外（歐洲）重型車上應用十分廣泛，技術比較成熟。隨著近幾年國內重型汽車高速化、舒適化、輕量化的快速發(fā)展，少片簧在國內重型載貨車上得到了推廣應用。然而，由于國內鋼材質量相對較差、少片簧加工工藝落后以及國內路況相對較差、重型載貨車超載還很普遍使得其在國內應用還不是很理想，與歐洲重型汽車少片簧的應用還有很大差距。

本文根據某公司引進國外少片簧成熟技術在國產化過程中存在的問題，對目前少片簧在國內的應用提出了自己的看法及建議。

1、少片簧的國產化應用情況

1.1引進少片簧參數

某公司引進的少片簧技術參數見表1。

表1

1.2第一次少片簧國產化情況

板簧廠家A（后簡稱“廠家A”）第一次國產化參數見表2，試驗場綜合路面行駛3205km時，左側第一片斷裂，如圖1所示，行駛6350km時，右第二片斷裂，如圖2所示。

表2

板簧廠家B（后簡稱“廠家B”）第一次國產化參數見表3，試驗場綜合路面行駛2450km時，右側第一片斷裂，如圖3所示，行駛3460km時，左第一片斷裂，如圖4所示：1.3 第二次少片簧國產化情況

表3

根據試驗的情況，整車廠和板簧設計廠家對此少片簧進行了改進，廠家（A）第二次國產化參數見表4。

表4

廠家（B)第二次國產化參數見表5。

表5

1.4引進少片簧與國產化少片簧試驗對比

將引進的少片簧與廠家B先后國產化的少片簧進行了臺架試驗對比，在同等試驗條件下，具體試驗參數見表6。

表6

由臺架試驗和道路試驗的數據可以看出：通過對材料、剛度等的改進，應力、比應力有所下降，基本可以滿足整車的使用要求，但是重量成本有所增加。

2、歐洲少片簧應力設計指標值

通過與歐洲資深底盤設計專家交流，了解到目前歐洲的少片簧應力概念設計指標值見表 7，最終圖紙要求和實際產品略高于這個指標，主要視少片簧供應商的情況而定。

表7

3、國內少片簧的制造工藝現狀

我們走訪了A、B兩家少片簧生產廠家，發(fā)現了幾個共同存在的問題：

（1）少片簧在軋制過程中存在加熱次數過多，沒有溫度控制環(huán)節(jié)，易造成過燒和脫碳的缺陷；

（2）少片簧壓形與熱處理同時進行，但由于卡吊具不夠先進，工人手工操作環(huán)節(jié)多，所需時間較長，為了確保淬火效果，淬火溫度調得很高，也造成過燒和脫碳的缺陷；

（3）包裝運輸簡陋，容易造成少片簧表面的磕碰缺陷，少片簧在磕碰處形成疲勞源造成早期斷裂。

4、國內少片簧設計及應用分析

理論上，廠家A、廠家B在兩次國產化的過程中應力均未超出材料的屈服極限（見表8），然而少片簧在高應力的工作狀態(tài)下壽命還是不盡理想，與歐洲發(fā)達國家相比相差較大，因此我們就需要通過計算、試驗等手段制定出適合我國國情的少片簧方案。

表8

以往整車廠和少片簧生產廠家把國內少片簧壽命低的主要原因歸結為國內超載和原材料差，其實這個認識不全面，國內彈簧鋼材料不及發(fā)達國家這是事實，但是這只是影響少片簧使用的一個因素。如果我們選擇合適的少片簧材料、提高少片簧的加工工藝水平，并根據整車使用情況設定少片簧合理的性能指標值，我認為國內的少片簧使用壽命會大大提高。

（1）彎曲應力極限值

通過與國內少片簧供應商協商并結合試驗驗證情況，目前國內的少片簧應力指標可以設定成如表9所示。

表9

（2）材料的選取

少片簧所用彈簧鋼對其含碳量及合金成分如硅、錳、鉻、鉬和釩等的含量和質量具有較高要求，同時淬火、回火后為得到較高等級的晶粒度（應不低于3級），對不同厚度的板簧選用的材料應有不同的要求。建議板簧材料使用情況如表10所示。

表10

（3）脫碳層

對于高強度的拋物線少片簧，在熱成型和熱處理時必須控制將脫碳保持得盡可能小。脫碳層的深度應不大于δ× 0.01%+0.15，其中δ為簧片厚度，同時，必須滿足脫碳層深度的硬度值不允許低于優(yōu)質截面上測得的心部硬度的80%。因此建議軋制、卷耳應能一次成型，減少加熱次數，淬火溫度應控制在±15℃以內，甚至更小的溫度范圍，但是必須保證能夠淬透。

（4）強化處理

對于拋物線少片簧，每一片在拉力邊均應進行噴丸硬化處理，對于少片簧的每一片應在預應力不小于 1300N/mm2的狀態(tài)下進行噴丸處理。

（5）對片間墊片的建議

由于片與片之間的墊板有可能破壞簧片表面質量，引起簧片的應力集中，建議對墊板端部進行倒角，如圖5所示。

（6）中心孔的建議

中心孔處倒角可以避免少片簧在中心孔處應力集中，可以減少少片簧在中心孔處的斷裂，如圖6所示。

（7）表面質量的建議

考慮到少片簧始終工作在高應力狀態(tài)下，因此少片簧不允許存在任何形式的表面缺陷，不能形成疲勞破壞源，同時少片簧必須進行防蝕處理，不能銹蝕。

（8）對售后備件的建議

從市場跟蹤的情況可以看出，目前售后配件的故障率遠高于原車少片簧的故障率，造成這種情況的主要原因有：

1）少片簧備件不是同一批次的產品；

2）少片簧備件存在不是同一廠家的產品；

3）備件生產供應商對備件的重視程度不夠。

基于上述原因建議主機廠應與供應商協商解決售后備件的生產及相關處理事項，在少片簧生產時應同時生產同一批次的單片備件，否則在斷片后應更換總成。

5、結論

少片簧作為重型載貨車的一種彈性元件是現階段一種很好的選擇，可以減輕整車質量，同時節(jié)約能源，降低成本。然而少片簧主要是工作在高應力狀態(tài)下，這就對其設計、加工提出了比較高的要求，現階段國內少片簧材料及加工工藝還達不到歐洲發(fā)達國家的水平，建議少片簧生產廠家對生產設備進行升級，所有工藝過程一次加熱成型。同時，整車廠應充分了解少片簧供應商產品情況設計、生產出適合我們國內少片簧。

[1] 張英會.彈簧手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997.

[2] M3174.道路行駛車輛用鋼板彈簧要求,1990.

[3] DIN 17221.可調整彈簧用熱軋鋼材交貨技術條件.

Application Analysis of Little Variable Cross-section Leaf Spring in the Heavy Duty Truck

Ma Shengping, Yang Yinhui, Liu Lili
（Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Application of the little variable cross-section leaf spring, present situation of few leaf spring development experience and manufacturing process in the localization process combined with foreign. It is put forward to use, domestic few leaf spring in the design index of material selection, the stress control, the depth of decarburized layer, strengthening treatment, heat treatment, surface quality and customer service spare parts such as design basis, provides a theoretical basis and reference for the further research on the design and application of he little variable cross-section leaf spring.

little variable cross-section leaf spring; localization; design index; technology process

U463.9

A

1671-7988（2015）09-23-03

馬生平，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。